ברד ירד על דרום ספרד?... על מטאורולוגיה דרך האינטרנט Dept. of Environmental Sciences Tel Hai College Prof. Giora Rytwo Environmental Physical Chemistry MIGAL, Galilee Research Institute LTD. שקפים רבים במצגת זה מושאלים מאתריאקדמיה אינטרנט בכיכרמגוונים. ברוב המקרים מצויין המקור 1 1 תכנית השיעור הרבה מפות, ועל גשם ושלג: www.ims.gov.il המטאורולוגי הישראלי השירות ומפות שלהם,COLA-IGES אתר ארה"ב, והמטאורוגרמות,NOAA אתר אתר גרמני מפורט 2 2 1
סוגי עננים נתחיל ממשהו נחמד- עננים! מה זה? סרטון https://ims.gov.il/he/node/317 לשם לימוד סוגי העננים נעקוב אחר המופיע ב : http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(gh)/guides/mtr/cld/home.rxml ניתן גם לגלוש ל: http://www.australiasevereweather.com/techniques/moreadv/class.htm http://www.metoffice.gov.uk/learning/clouds http://www.sky-chaser.com/schcloud.htm באופן כללי שמות העננים מורכבים מ: מילה שמצביע על הגובה או על היות הענן מוריד גשם: צירו- אלטו-, נימבו- מילה שמצביע על היות הענן ערמתי או שכבתי: סטרטו-, קומולוס נשתדל להציג עננים כאלו במציאות, במידת האפשר. 3 3 מים באוויר-אוי צרה צרורה... הבנה מעמיקה של הנושא מחייבת לעסוק בשיווי משקל תרמודינמי בין פזות שונות של מים, הווה אומר בפרמטר פיסיקלי הנקרא אנרגיה החופשית. כמובן שבמסגרת הנוכחית נדבר בצורה איכותנית יותר שלושת מצבי הצבירה: http://mutuslab.cs.uwindsor.ca/schurko/animations/phasescontainers/phasescontainer.html גז נוזל מוצק 4 4 2
אנרגיה במעברי פאזה של מים השקעה )deposition( סובלימציה )sublimation( עיבוי קפיאה אידוי המסה 5 5 לחץ חלקי? את כמות המים באוויר מודדים "כלחץ של אדי מים" ומכנים לחץ אדים הכוונה, כמה מהלחץ הכולל הוא למעשה תרומה של מים )גזיים!( כל גז תורם תרומתו ללחץ הכולל בהתאם לכמות המולקולות שלו בתוך נפח אוויר נתון גם אדי המים תורמים תרומתם. יותר "לחץ אדים" משמעותו, חד משמעית, יותר מולקולות אדי מים בנפח אוויר נתון. 6 m nrt RT M RT P = = = V V M P = X P H2O H2O 6 3
הרכב האטמוספירה: מרכיבי האוויר סמוך לקרקע שם סימן כימי שכיחות )באחוזים( מסה מולקולרית )ביחידות מסה אטומית ) 1 28.016 78.08% N 2 חנקן 32.00 20.95% O 2 חמצן 39.94 0.93% Ar ארגון 18.02 0-4% H 2 אדי מים O 44.01 ppm 2 350 דו תחמוצת הפחמן CO 2 20.18 ppm 18 Ne ניאון 48.00 ppm 0.04 O 3 אוזון - 1 2 מסה מולקולרית היא המסה של המולקולה אשר מבוטאת ביחידה הנושאת את השם "יחידת מסה אטומית" ( Unit 1 amu Atomic Mass ימ"א שווה הקירוב למסה של אטום מימן(. ppm- Parts Per Million חלקים למיליון, כלומר מספר המולקולות של החומר מתוך סך הכל מיליון מולקולות אוויר. 7 7 כיצד עובר החומר ממצב צבירה אחד לשני? מעבר מולקולות בין אדים לנוזל מתרחש כל הזמן קצב המעבר תלוי בטמפרטורה מעברי פאזה 10 10 4
כאשר קצב האידוי שווה לקצב ההתעבות, החומר נמצא בשיווי משקל או: מעברי פאזה "לחץ אדים בשיווי משקל" "לחץ אדים ברוויה" במצב זה, אם נוסיף עוד אדי מים הם מיד יהפכו לנוזל 11 11 רוויה באדי מים כאשר מים נמצאים בשיווי משקל אם אדי מים, בטמפרטורה מסויימת -תנאים אלו נקראים "רוויה". לחץ אדי המים ברוויה עולה עם הטמפרטורה, כפי שניתן לראות מהגרף בשקף הבא מצב רוויה גם נקרא "100% לחות", מכיוון שיש את כמות האדים המקסימלית האפשרית בטמפרטורה הנתונה. לחץ אדי המים ברוויה הוא כמעט בלתי תלוי בלחץ האטמוספרי. במילים אחרות- לחץ אדי מים ברוויה בטמפרטורה של 0 צלסיוס, למשל הוא 6.2 מיליבר גם בים המלח וגם בפסגת האוורסט!!! 12 12 5
"נקודת הרוויה" או "לחץ אדים ברוויה" )עבור לחץ קבוע( קו לחות מוחלטת ברוויה ככול שהטמפרטורה גבוהה יותר, קצב "יציאת" המולקולות מהנוזל גדל, ויש יותר אדים באוויר במצב רוויה, כל כמות נוספת של אדי מים באוויר תהפוך לנוזל )תתעבה( חישובים 13 13 לחץ אדים בפועל האוויר לא חייב להיות ב"שיווי משקל". הווה אומר- לחץ האדים באוויר ברגע נתון לא בהכרח ברוויה )והלחות לא בהכרח 100%(, והוא יכול בהחלט להיות קטן ממנו בטמפרטורות האוויר המקובלות, תווך הערכים שלחץ האדים יכול לקבל נע בין 1-40. mb 14 14 6
לחות יחסית קלה מאוד להגדרה לאחר שהובהרו הפרמטרים: לחץ אדים בפועל, חלקי לחץ האדים ברוויה בטמפרטורה הנתונה כמובן שעולה מכך באופן ברור שעליה בטמפרטורה של גוש אוויר ללא שינוי בכמות אדי המים בו, מקטינה בהכרח את הלחות היחסית שלו זאת לא על ידי הקטנת המונה )לחץ אדים בפועל, הנשארת קבוע(, אלא על ידי הגדלת המכנה )לחץ אדים ברוויה(. את אותו משפט ניתן לנסח על פי יחס העירוב: עליה בטמפרטורת האוויר מעלה את יחס העירוב ברוויה 15 15 לחות מוחלטת לעומת לחות יחסית שקף 5: גרם מים ק"ג אוויר יבש 16 16 7
התפלגות הלחות והשתנותה בזמן 17 17 אז איך מגיעים לרוויה? או על ידי: הוספת אדי מים )הגדלת המונה( ירידה בטמפרטורה )הקטנת המכנה( שילוב של שניהם RH = amount of vapor maximum vapor amount at actual T 100 18 18 8
טמפרטורת הלח 19 T w לחות באוויר מודדי בעזרת פסיכרומטר- זה למעשה שני מדי חום זהים בתכונותיהם, אשר אחד מהם באוויר והשני עטוף בבד לח. התהליך הינו טרמודינמי כעיקרו : מד החום היבש מודד את טמפרטורת האוויר. במד החום הלח, הבד מאדה מים אל הסביבה. לשם כך הוא לוקח חום ממד החום, ותוך כדי כך גורם לירידת הטמפרטורה. ככל שההפרש בין כמות האדים באוויר בפועל לכמות אדי המים הרוויה גדול יותר, הבד מאדה יותר מים, לוקח יותר חום, ועקב כך מוריד יותר את הטמפרטורה. הטמפרטורה אליה מגיע מד החום הלח, נקראת טמפרטורת לח מההפרש בין שני מדי החום, וטמפרטורה מד החום היבש, ניתן לחשב את הלחות 19 תרמומטר לח אידוי המים מהשרוול גוזל חום מהסביבה. האוויר סביב הגולה מתקרר. שרוול טבול במים מזוקקים 20 20 9
Mixing ratio [g/kg] טמפרטורת טל T dew בטמפרטורת הטל מדובר על הורדה בטמפרטורה של גוש אוויר ללא תוספת אדי מים נוספים עד להגיעו של גוש האוויר למצב רוויה של אדי מים. במילים אחרות, טמפרטורת הטל היא הטמפרטורה אליה מגיעה גוש אוויר המקורר עד שהלחות היחסית שלו היא.100% דוגמאות להמחשת ההבדל בין T W לבין T. dew בחדר הטמפרטורה היא 26 מעלות הלחות. מד החום הלח מראה 20 מעלות. מה הלחות? מה יחס העירוב? מה טמפרטורת הטל? על החלון נוצרת טיפות מים )בחוץ או בפנים?( מה טמפרטורת החלון? 21 21 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 22 Tמטאורולוגיה a ואקלים 0 22 10
23 23 סיכום זמני- לחות כמות האדים המקסימלית שיכולים "להיות" בנפח אוויר נתון נקראת "לחץ אדים ברוויה", וזו עולה עם הטמפרטורה. משפט זה איננו מדוייק מבחינה מדעית, ורק בא להמחיש את התופעה. ראו כאן או כאן. התופעה היא למעשה תלויה במים ובאדי המים )כולל הטמפרטורה( ולא באוויר. אדי מי מאוד קרים התעבו לטיפות גם אם האוויר )או כל גז אחר...( מסביבם חם...ולהיפך: אדי מים חמים לא ייצרו טיפות אלא אם יתקררו כמות האדים בפועל מחולקת לכמות המקסימלית האפשרית בטמפרטורה הנתונה- זו הלחות היחסית אוויר בתנאים נתונים, אפשר להביאו לרוויה בשתי "שיטות" או שילוב שלהם: על ידי הוספת לחות לאוויר. תוך כדי כך הטמפרטורה שלו יורדת, עד להגעת האוויר לרוויה ( -)RH=100% זו טמפרטורת לח על ידי קירור גוש האוויר ללא הכנסת לחות נוספת. תוך כדי כך מורידים את הכמות המקסימלית ה"מותרת", עד שזו משתווה עם מה שיש בפועל. זו טמפרטורת הטל. 24 24 11
יצירת עננים...איך? 25 25 בעננים יש טיפות מים או גבישי קרח, מכאן שיצירת עננים מחייבת לפחות 100% לחות. http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(gh)/guides/mtr/cld/home.rxm l ישנם למעשה ארבעה מנגנוניים ליצירת טיפות: קירור נפח נתון של אוויר עקב מגע עם משטח או גוש אוויר קר יותר )למעשה- הבאת האוויר לנקודת הטל( קירור הנובע מכך שגוש אוויר עולה מעלה: ראינו כבר שכשעולים הטמפרטורה יורדת. זה גם מביא לנקודת הטל תוספת אדי מים לאוויר בעקבות התאדות, המלווה בעליה בלחות היחסית )למעשה הגעה לטמפרטורת הלח( ערבוב של מנגנונים- הווה אומר, גם עליה/התפשטות וגם אידוי מה גורם לגוש לעלות? ישנן מספר סיבות שיכולות לגרום לגוש האוויר לעלות, ובעקבות זה להתפשט, בעקבות זה להתקרר, ובעקבות זה להגיע לרוויה, ובעקבות זה ליצור ענן. תהליכי קונווקציה )convection( )יצירת לחץ נמוך מקומי( מערבולות וחיכוך בין גושי אוויר )חזית( השפעה טופוגרפית )"ענני הרים"( תהליכי התכנסות נרחבים )convergence( )שקע( 26 26 12
שקף 12: סיבות לעליית אוויר מכשול אורוגרפי - קונבקציה מאולצת התחממות מקומית - קונבקציה חופשית התכנסות מפגש חזיתי 27 27 שקף 15: התנהגות גושי האוויר בחתך רוחב מעל ישראל וירדן מאתר קורס באונ ' העברית, 33 33 13
יצירת עננים לשם תהליכי יצירת העננים נעקוב אחר המופיע ב : http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(gh)/guides/mtr/cld/home.rxml ברוב המקרים עננים נוצרים בתהליך התקררות ללא תוספת אדים. גוש אוויר עולה- מתקרר עד שכמות האדים שלו משתווה לטמפרטורת הטל. 34 34 הגדרת ענן "ענן" - חלק מהאוויר בו קיימות טיפונות מים או חלקיקי קרח הנראים לעין 35 איפיון הענן נקבע לפי צורתו וגובה הופעתו הענן משמש לאבחון מצב האטמוספירה בזמן ובמקום נתון 35 14
גובה בסיס הענן LCL 36 36 עננים נוצרים כאשר לחות של גוש אוויר לפחות ברוויה. ענן הוא תרחיף של חלקיקים נוזליים )מים( או מוצקים )קרח( בתווך של גז )אוויר(. בעקבות זאת, דרוש עיבוי לצורך הווצרות ענן עיבוי )לחות יחסית של 100% או יותר( יכול להתרחש על ידי עליה בכמות אדי המים בגוש אוייר )"הגדלת המונה" בהגדרה של לחות יחסית(, או על ידי ירידת הטמפרטורה של גוש אוויר נתון )הקטנת המכנה(... מכיוון שבד'כ האוויר קר יותר נמצא למעלה )פרט למצבי אינוורסיה(, הרי גוש האוויר העולה מעלה יתקרר ובסופו של דבר יגיע לגובה בו לחותו היחסית 100%, ושם יווצר ענן הגובה בו נוצרים העננים מסומן כLCL lift condensation level מכיוון שבכדי שגושי אוויר ייטו לעלות דרוש חוסר יציבות, אזי עננים התקבלו בד'כ באטמוספירה בלתי יציבה ברמה כזו או אחרת. 37 37 גרעיני התעבות CCN להוריד את הטמפרטורה. בפועל מתברר, שלא תמיד מספיק חלקיקים כל ללא וסטרילי, לחלוטין נקי באוויר מעבדה מניסיונות מרחפים, מתברר שעיבוי של טיפות בתנאים כאלו )הנקרא נוקלאציה הומוגנית( מתקבל רק בכ- 400% לחות יחסית!!! למצב בו יש יותר אדי מים מרוויה לאותה טמפ', אך לא נוצרות טיפות קוראים על רוויה.super saturation או מצב זה יכול להמשך, עד שהפרעה כלשהי )תנודה, זהום, מכה כדומה( תגרום להתגבשות )התעבות( פתאומית. באוויר "אמיתי" מרחפים מספר רב של חלקיקים: אבק, אבקני צמחים, גבישים של מלחים או מזהמים כאלו או אחרים. התעבות CCN cloud condensation גרעיני הם אלו חלקיקים nuclei. במצב כזה רווית יתר המקסימלית היא של כ- 110% )הווה אומר רק 10% מעל(. 15
סוגי CCN הרכב וסוג ה CCN משתנה עם המיקום הגאוגרפי. מעל האוקיאנוסים: בעיקר גבישים מיקרוסקופיים של מלח. מעל היבשה: בעיקר חלקיקי חרסית )אבק( או אבקת צמחים. המשותף ל CCN השונים הוא היותם "מסיסים" או במילים אחרות הידרופילים, מורטבים על ידי מים. חלקיק הידרופובי, )שומן, פחמימנים שונים( עקב היותו דוחה מים לא יאפשר למולקולות מים להצטבר סביבו עד להווצרות טיפה. 38 38 הסבריים פשטניים אפקט טומפסון- מים עטופים בקרום שנקרא מתח פנים. מולקולת של אדים צריכה "תתגבר" על הקרום, בכדי להצטרף ל"מים הנוזלים" ככל שרדיוס הטיפונת קטן יותר "חוזק הקרום" גדול יותר. מכאן שקשה לטיפונות קטנות לגדול. מכאן שאפקט זה מקשה על יצירת טיפות קטנות מדי אפקט ראול: כשיש חלקיקים הידרופיליים )"אוהבי מים"( באוויר, מים נוטים להספח אליהם בקלות רבה יותר. מכאן שחלקיקים כאלו יגרמו לטיפה לגדול בקלות רבה יותר, וכך יהיה קל יותר להתגבר על אפקט טומפסון 40 40 16
אפקט טומפסון תופעת מתח הפנים הקיימת בכל נוזל מכתיבה את זה שבתוך בועה או טיפה הלחץ מעט גבוה יותר מאשר בחוץ. למעשה ככל שהמשטח המגביל "עקום" יותר )הווה אומר- רדיוס הטיפה קטן יותר( הפרש הלחץ גדל בטיפה כדורית DP=2g/R, כאשר 0.078=g N/m הוא מתח הפנים של מים טהורים )ב- 20 מעלות,משתנה מעט עם הטמפרטורה) בעקבות תופעה זו, מעל משטח מים פתוח, בטמפרטורה C 20 עיבוי יתקבל ב - e=23.5mb r=0.1 mm, DP=2g/R=2*0.078/1x10-4 =15.6mb לטיפה של מעל 39.1=e שהעיבוי יתרחש רק כאשר!!! mb מכאן טיפה עוברית ומיקרוסקופית כזו יש לה שטח פנים מאוד גדול יחסית לנפח. מכיוון שהאידוי מתבצע משטח הפנים, הרי שהסיכוי שהיא תתאדה גדול בהרבה מהסיכוי שהיא תגדל. 41 41 אפקט ראול מדובר בתכונה קולגטיבית אשר לפיה לחץ האדים של ממס בתמיסות יורד בהתאם לשבר המולרי שלו. ככל שהשבר המולרי של הממס קטן מאחד )הווה אומר- ריכוז המומס בתמיסה גדול יותר(, כך קטן לחץ האדים הנמצא איתו בשווי משקל, באותו יחס. כמובן שכאשר ישנו חלקיק מסיס עם מולקולות מים מעטות מסביבו השבר המולי של המים קטן יחסית)בין 0.3-0.8) ובהתאם לכך, ה"אוויר" מסביב לאותו חלקיק מגיעה לרוויה מהר יותר, ומתעבים עוד מים על החלקיק, המגדילים אותו ויוצרים טיפה ניתן להסתכל על אפקט זה גם כשאיפה של החלקיק להקטין את ריכוזו. כמובן שחלקיק הידרופובי ידחה מים, והאפקט לא יתקיים עבורו. נקודה זו חשובה ומעניינת: מזהמים הידרופוביים לט מהווים!CCN 42 42 17
גודל טיפות המצאות חלקיקים קטנים ומרחפים, "ימשוך" אל החלקיק מולקולות מים. האיור ממחיש את הגודלו הקטן של CCN לעומת טיפות למיניהן. רדיוסי הטיפות במיליונית המטר-מיקרונים,(r) מהירויות הנפילה (v) בס'מ לשניה, ו n -הינו ריכוז הטיפות האלו בנפח של ליטר אוויר. תהליך יצירת הטיפה מסביב ל CCN נקרא נוקלאציה הטרוגנית. החלקיקים היעילים ביותר ליצירת טיפות הינם אלו שרדיוסם נע בין 0.1 ל 0.8 מיקרון. 43 43 סוגי עננים שכבתיים - )סטרטוס( ערימתיים - )קומולוס( עליה איטית קונווקציה חימום מקומי אי יציבות זרמים אנכיים ועלייה מהירה הפרש טמפ' גדול עם הסביבה תכולת אדי מים גבוהה עלייה איטית זרמים אנכים מתונים תוחלת חיים ארוכה יותר תכולת אדי מים נמוכה יותר 44 44 18
סוגי עננים באלה ניכר הענן: במבנהו שכבתי, ערמתי, גלי בהרכבו טיפות מים, גבישי קרח, מעורב בכמות הנמדדת בשמיניות בגובהו הנקבע על פי גבה בסיסו ---------------- טרופופאוזה גבוהים ---------------- 5 ק"מ בינוניים ---------------- 2 ק"מ נמוכים 45 45 סוגים ושמות 46 חלוקה לפי אופי העננים: קומולוס ענן ערמתי 1. סטרטוס ענן שכבתי 2. צירוס ענן דמוי נוצה 3. נימבוס ענן המוריד גשם 4. חלוקה משנית: "נימבו" עננים מורידי גשם 1. "אלטו" עננים בינוניים )2-5 ק"מ( 2. "צירו" עננים גבוהים )מעל 5 ק"מ( 3. 46 19
47 47 עננים נמוכים - סטרטוס סטרטוס (St( - ענן שכבתי נמוך מאד )מאות מטרים ופחות(, גבולותיו אינם חדים. מופיע בלילות לחים ויציבים )עלול להפוך לערפל( או בקרעים מתחת ענני גשם. מלווה ראות לקויה. עשוי להוריד רסס קל. 48 48 20
- סטרטוקומולוס מאתר קורס באונ' פרופ' העברית, דיין עננים נמוכים סטרטוקומולוס (Sc( - ענן שכבתי בעל התפתחות ערמתית מעטה. אפור עם גוונים המשתנים בסדירות מסוימת. עשוי להוריד רסס או גשם. 49 49 עננים נמוכים קומולוס - קומולוס (Cu( - ענן ערימתי שבסיסו אופקי וכהה, ופסגותיו מעוגלות ומבהיקות בלובנן )ראשי כרוב(. מצוי בגדלים שבין מאות מטרים לבין קילומטר. הגדולים שבהם עשויים להוריד גשם. 50 50 21
עננים נמוכים מפותחים - קומולונימבוס קומולונימבוס (Cb( ענן הרעמים הענן הערמתי המפותח בטבע. פסגותיו מגיעות לטרופופאוזה, נתקלות בה ומתפשטות בצורת סדן לבן מגבישי קרח. מידותיו - קילומטרים, ומהירות הזרמים האנכיים בו עשרות מ\שנ')!( בענן נוצרות סופות רעמים. מוריד מטרות וברד. תחת בסיסו קרעי קומולוס נמוכים. מלווה פרצי רוח. 51 51 עננים בינוניים - נימבוסטרטוס נימבוסטרטוס (Ns( - ענן שכבתי נרחב )עשרות ק"מ( המכסה בגוון אחיד את השמיים. מוריד גשם או רסס רצוף וממושך. 52 52 22
עננים בינוניים - אלטוסטרטוס אלטוסטרטוס (As( - שכבתי. רצועות רכות אפורות או משטח אחיד מבהיק במקצת. השמש נראית דרכו כמו דרך זכוכית מפויחת. עשוי להוריד גשם קל 53 53 עננים בינוניים - אלטוקומולוס אלטוקומולוס (Ac( - שם קולקטיבי למגוון צורות ערימתיות בגבה בינוני אלטוקומולוס טורי: אלטוקומולוס מגדלי: 54 54 23
עננים גבוהים - צירוס צירוס (Ci( - דמוי סיבים או שערות ומכיל גבישי קרח בלבד. לרוב שקוף לשמש ולירח. 55 55 עננים גבוהים - צירוסטרטוס צירוסטרטוס (Cs( שכבתי, סיבי או בעל מראה חלבי, מכסה ברציפות את השמיים. שקוף למחצה, יוצר הילה בקוטר 22 סביב השמש או הירח. Cs Cu 56 56 24
עננים גבוהים - צירוקומולוס צירוקומולוס (Cc( - ענן גלי דמוי כבשים לבן ועדין 57 57 58 58 25
59 59 גידול טיפות ענן גם לאחר שנוצרו טיפונות בגודל מיקרוסקופי, הם אינן מספיק כבדות בכדי ליפול, והם מרחפות בענן. ענן הוא למעשה טיפות מים או קרח התייחסות לכוחות הפועלים על טיפה כזו, תראה שלמעשה מהירות נפילתה באוויר שקט לחלוטין ולמינרי )בלי מערבולות( תהיה לכל היותר 0.02 ס'מ לשניה )כ 0.8 מ' לשעה(. במהירות שכזו, טיפה לעולם לא תגיע לקרקע... במציאות, האוויר הינו תווך שיש בו מערבולות. המהירות במצב כזה תיהה כ- 36 מ לשעה. גם מהירויות אלו נמוכות מאוד, מכיוון שהאוויר כמעט אף פעם לא "עומד" לחלוטין. בפועל, הטיפה לא תעזוב את הענן ותיפול כגשם. מכאן שבכדי שהטיפה תרד כגשם, מספר רב של טיפות חייבות להתלכד לטיפה גדולה יותר, של לפחות 0.4 מ'מ )מהירות תאורטית של כ- 0.35 מטר לשניה, שהן כ 1300 מ' לשעה(. התלכדות- איסוף ככל שטיפה קטנה יותר מהירות נפילתה מצומצמת יותר. מה שיוצא מכך, הוא שטיפות גדולות יותר נופלות מהר יותר מטיפות קטנות יותר, ושיש ערך סף מתחתיו טיפות כלל לא נופלות זאת אומרת שככל שטיפה גדולה יותר היא "משיגה" קטנות ממנה, ו"אוספת" אותם, וגדלה תוך כדי כך, ומגבירה עוד את מהירותה, וחוזר חלילה... התהליך יעיל עוד יותר, אם יש בתוך ענן זרמים אנכיים "כלפי מעלה" שמרימים מעלה את הטיפות הקטנות יותר בתוך הענן, ומביאים אותם אל הטיפה הגדולה, וכך "מדביקות" יותר טיפונות לטיפה גדולה וכבדה יותר 60 60 26
תהליכי יצירת משקעים מעננים 1. תהליך 1: התנגשויות מולקולריות של אדי מים היוצרות טיפונות עובריות 0.1-1µm בגודל )droplets( 2. תהליך 2: גידול טיפונות הענן בתהליך ההתעבות )condensation( הטיפונות מתעבות על גרעיני התעבות )CCN( בגודל 0.2µm )אבק, מלחים, תרכובות גופרית( בתהליך איטי: טיפונת )בגודל )1-10µm תהפוך לטיפת גשם )בגודל )2000µm תוך למעלה מ- 10 שעות 1µm = 10-3 mm = 10-6 m 61 61 תהליכי יצירת משקעים מעננים )המשך( A תהליך 3: גידול הטיפונות ע"י התנגשויות )collision( והתלכדויות.)coalescence(.3 B C D 62 A B טיפונת גדולה נופלת מהר ומתנגשת עם טיפונת קטנה ואיטית בענן בעל טיפונות בגודל אחיד הסיכוי קטן להתנגשויות C חלק מהטיפונות מוסטות וחלקן נישאב D עירבול בענן והתנגשויות של טיפונות בגדלים שונים ומסלולים שונים 62 מאתר קורס באונ ' העברית, 27
תהליכי יצירת משקעים מעננים )המשך( תהליכי ההתעבות, התנגשות והתלכדות מתרחשים בענן חם )ענן ללא גבישי קרח( תהליך 4: ענן קר גידול גבישי קרח בתהליך דיפוזיה )Bergeron Process(.1.2 טיפונות מעל רום הקיפאון בענן קופאות על גבי גרעיני התקרחות IN( )Ice Nuclei בשל מחסור ב- IN נקבל טיפות מקוררות ביתר וגבישי קרח )"ענן מעורב"( 63 63 תהליכי יצירת משקעים מעננים )המשך( תהליך 4:.3 )המשך( גבישי הקרח "סופגים" את אדי המים מטיפונות המים וכך גדל הגביש על חשבון הטיפונת 64 64 28
תהליכי יצירת משקעים מעננים )המשך( תהליך 5: גביש הקרח מתנגש עם גבישים אחרים וטיפונות מקוררות ביתר בענן בתהליך ה"איסוף" )Aggregation( וגדל לפתית שלג. 65 65 66 66 מבוא למטאורולוגיה, או"פ 29
67 67 סוגי משקעים )הנושא נידון במצגת השלג( עננים מתחלקים לקרים, חמים ומעורבים. קרים מכילים רק קרח, חמים רק מים, ומעורבים את שניהם. גבישי קרח יכולים להווצר או על ידי קפיאה של טיפונות מים בענן, או על ידי דפוזיציה )ההיפך מסובלימציה(. הכל תלוי בטמפרטורה קיים דימיון רב בין תהליך הקפיאה לתהליך העיבוי. גם כאן תיתכן קפיאה הומוגנית, אך זו עלולה להתרחש רק בטמפרטורות של )40-( מעלות. במצב רגיל הקפיאה הינה מסביב לגרעין קפאון. כגרעינים כאלו יכולים לשמש כל מה שמשמש כ CCN קפיאה הטרוגנית מאפשרת קפיאה בטמפרטורות גבוהות יותר, אך גם במקרה זה- בעננים מופיע קרח בטמפרטורות של כ )5-( מעלות. גם תהליך גידול של גבישי קרח, מזכיר במידת מה את המתרחש עם טיפות. גם כאן גבישים מיקרוסקופיים צריכים להתחבר ביניהם. גבישי קרח מאווררים בעקבות כוחות דחיה חשמליים- הם למעשה שלג רסס גשם מטר סוגי משקעים בענן שכבתי הזרם העולה איטי וגם טיפות קטנות נופלות. בערימתי על הטיפות "להתגבר" על זרמים חזקים, ורק הגדולות נופלות - טיפות זעירות מעננות שכבתית - טיפות בינוניות, עוצמה מתונה - טיפות גדולות, מעננים ערמתיים ברד מטר של טיפות מים שהועלו וקפאו לכדורי קרח שלג - גבישי קרח שנוצרו ככאלה בסובלימציה )מעבר ישיר מאדים לקרח( וירגה - שובל משקעים שאינו מגיע לקרקע. מענן בינוני, גבוה 68 68 30
תהליכי יצירת משקעים מעננים )המשך( גדלים אופייניים של גרעין התעבות, טיפונת ענן וטיפת גשם 69 69 70 70 31
32 דרב םיננעב םיברועמ הרוטרפמטהש םהלש תחתמ,ספאל שחרתמ ךילהת ארקנה גנימייר תומייק וקיפסה אלש,רתויב תוררוקמ םימ תופיט ןנעב אופקל רשאכ שיבג חרק שגנתמ הפיטב,וזכ הערפהה תמרוג הפיטל אופקל תעב תחא הנועבו. תושגנתה םע דוע דועו תופיט תוררוקמ רתיב םתאפקהו תרצוי שוג חרק לודג תיסחי רסחו הרוצ תרדגומ המוד( חיטבא"ל )"והילא ארקנה לפוארג. םיננעב,םיברועמ םע תומירז תויכנא תוקזח תופיט םימ תולוע תודרויו ןנעה ךותב. תוררקתמ ןה ןתיילעב תואפוקו, םתדיריב קלח תפטעמהמ לזנתמ תדימב.המ ךכ םירצונ ישוג דרב,תופילק תרוצב ומכ לצב. 71 ריווא גזמו היגולוטמילקל אובמ לפרע לפרע הז "חנומ"ה ןנע לע עקרקה ינפ. לפרע רוטיק רצונ רשאכ שוג םימ םח ריוואהמ.וילאמש תולוקלומ םימ,תודאתמ תובעתמו הרזח תואבשכ עגמב םע ריוואה רקה.ןהילעמש ןתינ תוארל לפרע גוסמ הז לעמ ןיע ואת וא תוכרב,םיגד,לשמל ימיב ףרוח.םירק לפרע יתנירק רצונ רשאכ ריוואה ררקתמ תויטיאב ךלהמב,הלילה דע ועיגהל תרוטרפמטל לטה.ולש םיאנתה םישורדה םשל תורצווה לפרע הזכ םה הליל ריהב םשל( תחירב,)הנירק רדעה,חור תוביצי תירפסומטא ידכב רומשל לע תויתבכש )היסרווניא( לש ריוואה בורקה,עקרקל ריוואו.חל ןוויכמ ריוואהש ונניא,ינגומוה םנשי םירוזא םהב לפרעה ךימס רתוי.םירחאמ ןוויכמ רבודמש לע ריווא,רק לפרעה הטונ "שולגל" רבטצהלו תיתחתב ילפק עקרק. ןתינ רזעהל תוירושיקהמ קלחב ףקשב יגוס" "םיננע 72 ריווא גזמו היגולוטמילקל אובמ 71 72
ערפל )2( ערפל הסעה נוצר כאשר גוש אוויר לח וחם מוסע אל עבר משטח קר ממנו. דוגמא לכך היא ערפל שנוצר בלילות קיץ מעל מישור החוף. הקרקע מתקררת מהר מהים, ואם ישנה רוח חלשה המסיעה אוויר ימי לח וחמים אל היבשה הקרה ממנה, נוצר ערפל סמיך למדי, היכול להחזיק עד לשעות הצהריים. כמו כן הזכרנו כבר את ערפל ההרים. ערפל הרים: פשוט ענן הנוצר על פני הר, בעקבות עליה של גוש אוויר והתקררות על פני השטח. 73 73 קישוריות links http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(gl)/guides/mtr/home.rxml http://australiasevereweather.com/photography/index.html http://www.met-office.gov.uk/bookshelf/clouds/ http://www.sky-chaser.com/schcloud.htm ספרות מבוא למטאורולוגיה, האוניברסיטה הפתוחה, יחידה 2 קורס מהאוניברסיטה העברית: http://web.mscc.huji.ac.il/synlab/ 74 74 33